6伽利略对自由落体运动的研究教学评价实录

6　伽利略对自由落体运动… 高中物理       人教2003课标版

1．知识与技能：通过历史回顾,初步了解近代实验科学产生的背景,认识实验对物理学发展的推动作用。

2．过程与方法：了解伽利略的实验研究过程，认识伽利略有关实验的科学思想和方法,培养学生探求知识的能力。

3．情感态度与价值观： 从科学研究过程中体验探索自然规律的艰辛和喜悦，培养敢于坚持真理，勇于创新的科学精神和实事求是的科学态度，逐步帮助学生树立起辩证唯物主义的认识论。

  1、 学生已有的知识

      通过本章前几节的学习，学生已经知道了匀变速直线运动的基本规律和研究方法，会利用规律分析和解决一些简单的运动的问题。

  2、学生欠缺之处

      对物理规律的发现和发展过程并没有太多的了解，不知道一些简单的物理规律在以前是怎样被总结出来的；在思考物理现象时，还是比较容易受主观经验的影响，对物理规律有所怀疑或还没形成物理思维；对物理问题的思考缺少严密的推理。

   3、应对的策略

      通过本节内容可以让弥补以上不足，让学生对科学理论的发展有一个大概的了解，进一步知道在思考物理问题时，逻辑推理，数学计算，实验探究，修正推广的重要意义。逐渐形成严谨的物理思维。

教学重点：了解探索过程，明确探索的步骤，同时了解实验及科学的思维方法在探究中的重要作用，从中提炼自己的学习方法。

教学难点： 让学生体会“观察现象→实验探索→推理→猜想→验证”的研究方法。

[复习导入课题]

师问：上节课学习了“自由落体运动”，那么：

     1、什么是自由落体运动？

      2、自由落体运动有哪些规律？

      点名学生回答。

师述；物体下落的快慢与重力没有关系的结论在今天看来并不难接受，但是这个结论在历史上却是伽利略经历了长时间的思考和实践后才得出的。今天我们就来学习有关的史实知识，了解伽利略是如何研究自由落体运动的。（板书课题）

         第二章匀变速直线运动

        第六节 伽利略对自由落体运动的研究

   一、关于物体下落快慢的绵延两千年的错误观点：

       亚里士多德的观点：

师：引导学生阅读教材的第一、二段，帮助学生得出结论：下落快慢由重力决定即重的物体下落得快

师问：这个观点正确吗？再引导学生阅读教材的第三、四段。

学生归纳出：亚里士多德的观点是错误的，正确的观点是：重物与轻物下落快慢相同。

     伽利略的正确观点：重物与轻物的下落快慢相同

师问:亚里士多德为什么会有错误的认识呢？

生: 思考，并发表个人观点。

教师归纳、帮助得出错误认识的根源是：不在于头脑也不在于时代，而在于研究方法不当。即亚里士多德的研究方法：观察+直觉思考 （他根据直接观察所得出的直觉的结论不是常常是可靠的，有时会将人们引入歧途）

师问：为什么这个错误被延续了两千多年？

生答：由于他在学术界的崇高地位，且该结论符合生活经验，这种论断流传了近2000年。

师问：伽利略是怎样论证亚里士多德的观点是错误的？

生答：假设：1.重的物体下落得快，轻的物体下落得慢

2.把重的物体和轻的物体捆在一起情况怎样?

伽利略运用逻辑推理的方法，论证了亚里士多德的错误观点：“重物比轻物下落得快”，并在世界著名的比萨斜塔上用实验证明：物体下落快慢与轻重无关

伽利略的研究方法： 观察——逻辑推理 ——实验(对比实验)

二、逻辑的力量 （板书）

师问：伽利略在进一步研究落体运动过程中首先遇到了什么困难？

让学生阅读教材的第六、七段后：

生答：没有描述运动的概念

师述：伽利略作出了大胆的科学猜想，猜想的内容是什么？

三、猜想与假说

生答：自然界是简单的，自然界的规律也是简单的，猜想：物体下落速度是均匀变化的

即有：下落速度随时间均匀变化？    →  瞬时速度V与时间t成正比 ?

下落速度随位移均匀变化？    →  瞬时速度V与位移x成正比?  （最后被否定掉）

师述: 伽利略比他的前人更伟大，就在于他首先采用了以实验检验猜想和假设的科学方法，在他之前的学者们总是通过思辨性的论战来决定谁是谁非。

师问：伽利略在实验过程中遇到了怎样的困难，他又是怎样克服的？

四、实验验证

学生阅读教材的第九、十、十一段后，教师帮助归纳得：

困难一：速度无法直接测量

突破： 间接验证 ， 改测位移与时间的关系（若v₀＝0 且V与t成正比 必有x与t²正比）

困难二： 落体运动时间太短，无法准确测量

突破： “冲淡”重力，使其加速度减小，时间变长

(课件投影)伽利略斜面实验的情况

伽利略在《两种新科学的对话》中说："用一块木料制成长约12库比特、宽半库比特，厚三指的板条，在它的上面划一条比一指略宽的槽．将这个槽做得很直，打磨得很光滑，在槽上裱一层羊皮纸(也要尽可能光滑)．取一个坚硬、光滑并且很圆的钢球，放在槽中滚动．将这个木槽的一增抬高一到二库比特，使槽倾斜．就像我要讲的那样把球放在槽顶沿槽滚下，记录下降的时间．实验要重复几次，以便使测得的时间准确到两次测定的结果相差不超过一次脉搏的十分之一，进行这样的操作．肯定了我们的观察是可靠的以后．将球滚下的距离改为槽长的四分之一，测定攘下的时间，我们发现它准确地等于前者的一半．下一步，我们用另一些距离进行试验，把全长用的时间与全长的二分之一、三分之二，四分之三，或者其他任何分数所用的时间相比较，像这样的实验，我们重复了整整一百次，结果总是经过的距离与时间的平方成比例，并且在各种不同坡度下进行实验，结果也都如此......"

实验结论：1、小球沿斜面的运动是匀加速直线运动；

2、同斜面，质量不同，加速度相同；斜面倾斜角越大，小球加速度越大，但质量相同。

        由此得：小球的加速度随斜面的倾角而变化，与其质量的大小无关。

五、实验结论的合理外推 

师述：伽利略在当时有限的实验条件下研究出初速度为零的匀加速直线运动中位移和时间的关系后又由斜面结果出发，认为如果斜面倾角增大到90°，小球将仍然保持匀加速直线运动的性质，且所有物体下落时的加速度都是一样的！ 质量不同小球沿同一斜面下落,加速度相同， 增大斜面倾角,加速度变大 倾角很大,接近落体运动，即倾角为90°,就是自由落体运动！

后人在用伽利略的器材重复他的实验时发现:铜球沿斜面滚下,如果斜面倾角超过5°就很难准确计时。伽利略把他的结论外推至90°是需要很大勇气的。后来,他的外推被实验证实了。

现在我们不必用斜面来“冲淡重力”，可以对落体运动精确地“计时”、“定位”，直接研究落体运动的性质。

现代研究落体运动的方法 ：

1、用打点计时器　

 2 、用频闪照片　

 3、用光电计时器（测速计等）

物理学家于2003年评出十个最美的物理实验．伽利略的自由落体实验和加速度实验均被选为最美的实验．这种"美"是一种经典概念，即用最简单的仪器和设备，得出最根本、最单纯的科学结论．其实，科学美蕴藏于各门科学的实验之中，有待于我们在学习过程中不断感悟和发现．

六、伽利略的科学方法

师述：伽利略对自由落体运动的研究过程中包括了一套科学的研究方法，对后人研究物理和学习物理很有益，请同学们总结本节内容，归纳出这种方法。

生：归纳为： 对现象一般观察→提出猜想→运用逻辑推理→实验对推理验证→对猜想进行修证(补充) →推广应用．

师述：伽利略的科学思想方法的核心是：把实验和逻辑推理(包括数学推理)和谐地结合起来．从面有力地推进了人类科学认识的发展．伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。他的工作，为牛顿的理论体系的建立奠定了基础

七、亚里士多德和伽利略的研究方法给我们的启示

师述：亚里士多德是古代一位伟大的学者，一位百科全书式的大学问家，他的成就几乎无所不及，他在哲学、逻辑学方面的成就至今还被应用着，不过他在物理学中的确是错误百出并且谬种流传，整整贻误物理学二十个世纪，亚里士多德的悲哀不在于头脑，也不在于时代，而是在于研究方法不当，亚里士多德的物理研究方法或许可以用“观察加直觉”来概括。翔实的观察与良好的直觉往往导致伟大的发现，然而物理学更是一门以实验为基础的科学，所以根据直接观察所得出的直觉结论不是常常可靠的，它们有时会将人们引入歧途，将“观察加直觉”作为物理学研究的基本方法，正是亚里士多德在物理学中的失败所在。

 伽利略是第一位创造通过实验检验理论推导的科学研究方法的科学家，他崇尚“实验加推理”，他拒绝听信任何未经实验的科学思想，哪怕那是来自教堂或权威，伽利略将物理学研究推向正确的轨道，从此开始了物理学的突飞猛进。

亚里士多德和伽利略的故事告诉我们，不仅科学研究中讲究方法，学习物理时也要讲究方法，只有不断思考、实践、探索，才能找到适合自己的学习方法。

八、小结本节内容

通过这节课的学习，我们从伽利略对落体的研究上，学习他的观察思考等科学方法，为我们下一步(以后)的探究打下基础，不能盲目，也不能惧怕困难，要用科学的方法指导我们．

九、布置作业

   1、请仔细回顾伽利略研究落体运动的全过程，把他的每一个步骤列出来，并说明哪一步骤是提出问题，哪一步骤是数学推理，哪一步骤是实验验证等等．再讨论一下，在一般物理问题的研究过程中，是否都需要经历这些步骤?

   2、完成：教辅书上本节后面的练习。

板书 设 计

第6节 伽利略对自由落体运动的研究

     一、关于物体下落快慢的绵延两千年的错误观点：

    亚里士多德：重的物体下落得快

    二、逻辑的力量    

      伽利略：轻、重物体下落得一样快

     三、猜想与假说 

     落体运动的物体速度均匀变化

  （1）v∝x

   （2）v∝t

   四、逻辑推理

     若v₀=0，且v∝t，则 x∝t²

五、实验验证

小球沿斜面滚下的运动是匀加速直线运动，加速度只与斜面倾角有关，与小球质量、开始滚下时的高度都无关而且倾角越大加速度越大

六、合理外推

自由落体运动是初速为0的匀加速直线运动

七、伽利略的科学方法

“对现象的一般观察”  →  “提出假设”  →“运用逻辑（包括数学）得出推论”  →“通过实验对推论进行验证”  →“对假说进行修正和推广”

6　伽利略对自由落体运动的研究　

6　伽利略对自由落体运动的研究　

[复习导入课题]

师问：上节课学习了“自由落体运动”，那么：

     1、什么是自由落体运动？

      2、自由落体运动有哪些规律？

      点名学生回答。

师述；物体下落的快慢与重力没有关系的结论在今天看来并不难接受，但是这个结论在历史上却是伽利略经历了长时间的思考和实践后才得出的。今天我们就来学习有关的史实知识，了解伽利略是如何研究自由落体运动的。（板书课题）

         第二章匀变速直线运动

        第六节 伽利略对自由落体运动的研究

   一、关于物体下落快慢的绵延两千年的错误观点：

       亚里士多德的观点：

师：引导学生阅读教材的第一、二段，帮助学生得出结论：下落快慢由重力决定即重的物体下落得快

师问：这个观点正确吗？再引导学生阅读教材的第三、四段。

学生归纳出：亚里士多德的观点是错误的，正确的观点是：重物与轻物下落快慢相同。

     伽利略的正确观点：重物与轻物的下落快慢相同

师问:亚里士多德为什么会有错误的认识呢？

生: 思考，并发表个人观点。

教师归纳、帮助得出错误认识的根源是：不在于头脑也不在于时代，而在于研究方法不当。即亚里士多德的研究方法：观察+直觉思考 （他根据直接观察所得出的直觉的结论不是常常是可靠的，有时会将人们引入歧途）

师问：为什么这个错误被延续了两千多年？

生答：由于他在学术界的崇高地位，且该结论符合生活经验，这种论断流传了近2000年。

师问：伽利略是怎样论证亚里士多德的观点是错误的？

生答：假设：1.重的物体下落得快，轻的物体下落得慢

2.把重的物体和轻的物体捆在一起情况怎样?

伽利略运用逻辑推理的方法，论证了亚里士多德的错误观点：“重物比轻物下落得快”，并在世界著名的比萨斜塔上用实验证明：物体下落快慢与轻重无关

伽利略的研究方法： 观察——逻辑推理 ——实验(对比实验)

二、逻辑的力量 （板书）

师问：伽利略在进一步研究落体运动过程中首先遇到了什么困难？

让学生阅读教材的第六、七段后：

生答：没有描述运动的概念

师述：伽利略作出了大胆的科学猜想，猜想的内容是什么？

三、猜想与假说

生答：自然界是简单的，自然界的规律也是简单的，猜想：物体下落速度是均匀变化的

即有：下落速度随时间均匀变化？    →  瞬时速度V与时间t成正比 ?

下落速度随位移均匀变化？    →  瞬时速度V与位移x成正比?  （最后被否定掉）

师述: 伽利略比他的前人更伟大，就在于他首先采用了以实验检验猜想和假设的科学方法，在他之前的学者们总是通过思辨性的论战来决定谁是谁非。

师问：伽利略在实验过程中遇到了怎样的困难，他又是怎样克服的？

四、实验验证

学生阅读教材的第九、十、十一段后，教师帮助归纳得：

困难一：速度无法直接测量

突破： 间接验证 ， 改测位移与时间的关系（若v₀＝0 且V与t成正比 必有x与t²正比）

困难二： 落体运动时间太短，无法准确测量

突破： “冲淡”重力，使其加速度减小，时间变长

(课件投影)伽利略斜面实验的情况

伽利略在《两种新科学的对话》中说："用一块木料制成长约12库比特、宽半库比特，厚三指的板条，在它的上面划一条比一指略宽的槽．将这个槽做得很直，打磨得很光滑，在槽上裱一层羊皮纸(也要尽可能光滑)．取一个坚硬、光滑并且很圆的钢球，放在槽中滚动．将这个木槽的一增抬高一到二库比特，使槽倾斜．就像我要讲的那样把球放在槽顶沿槽滚下，记录下降的时间．实验要重复几次，以便使测得的时间准确到两次测定的结果相差不超过一次脉搏的十分之一，进行这样的操作．肯定了我们的观察是可靠的以后．将球滚下的距离改为槽长的四分之一，测定攘下的时间，我们发现它准确地等于前者的一半．下一步，我们用另一些距离进行试验，把全长用的时间与全长的二分之一、三分之二，四分之三，或者其他任何分数所用的时间相比较，像这样的实验，我们重复了整整一百次，结果总是经过的距离与时间的平方成比例，并且在各种不同坡度下进行实验，结果也都如此......"

实验结论：1、小球沿斜面的运动是匀加速直线运动；

2、同斜面，质量不同，加速度相同；斜面倾斜角越大，小球加速度越大，但质量相同。

        由此得：小球的加速度随斜面的倾角而变化，与其质量的大小无关。

五、实验结论的合理外推 

师述：伽利略在当时有限的实验条件下研究出初速度为零的匀加速直线运动中位移和时间的关系后又由斜面结果出发，认为如果斜面倾角增大到90°，小球将仍然保持匀加速直线运动的性质，且所有物体下落时的加速度都是一样的！ 质量不同小球沿同一斜面下落,加速度相同， 增大斜面倾角,加速度变大 倾角很大,接近落体运动，即倾角为90°,就是自由落体运动！

后人在用伽利略的器材重复他的实验时发现:铜球沿斜面滚下,如果斜面倾角超过5°就很难准确计时。伽利略把他的结论外推至90°是需要很大勇气的。后来,他的外推被实验证实了。

现在我们不必用斜面来“冲淡重力”，可以对落体运动精确地“计时”、“定位”，直接研究落体运动的性质。

现代研究落体运动的方法 ：

1、用打点计时器　

 2 、用频闪照片　

 3、用光电计时器（测速计等）

物理学家于2003年评出十个最美的物理实验．伽利略的自由落体实验和加速度实验均被选为最美的实验．这种"美"是一种经典概念，即用最简单的仪器和设备，得出最根本、最单纯的科学结论．其实，科学美蕴藏于各门科学的实验之中，有待于我们在学习过程中不断感悟和发现．

六、伽利略的科学方法

师述：伽利略对自由落体运动的研究过程中包括了一套科学的研究方法，对后人研究物理和学习物理很有益，请同学们总结本节内容，归纳出这种方法。

生：归纳为： 对现象一般观察→提出猜想→运用逻辑推理→实验对推理验证→对猜想进行修证(补充) →推广应用．

师述：伽利略的科学思想方法的核心是：把实验和逻辑推理(包括数学推理)和谐地结合起来．从面有力地推进了人类科学认识的发展．伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。他的工作，为牛顿的理论体系的建立奠定了基础

七、亚里士多德和伽利略的研究方法给我们的启示

师述：亚里士多德是古代一位伟大的学者，一位百科全书式的大学问家，他的成就几乎无所不及，他在哲学、逻辑学方面的成就至今还被应用着，不过他在物理学中的确是错误百出并且谬种流传，整整贻误物理学二十个世纪，亚里士多德的悲哀不在于头脑，也不在于时代，而是在于研究方法不当，亚里士多德的物理研究方法或许可以用“观察加直觉”来概括。翔实的观察与良好的直觉往往导致伟大的发现，然而物理学更是一门以实验为基础的科学，所以根据直接观察所得出的直觉结论不是常常可靠的，它们有时会将人们引入歧途，将“观察加直觉”作为物理学研究的基本方法，正是亚里士多德在物理学中的失败所在。

 伽利略是第一位创造通过实验检验理论推导的科学研究方法的科学家，他崇尚“实验加推理”，他拒绝听信任何未经实验的科学思想，哪怕那是来自教堂或权威，伽利略将物理学研究推向正确的轨道，从此开始了物理学的突飞猛进。

亚里士多德和伽利略的故事告诉我们，不仅科学研究中讲究方法，学习物理时也要讲究方法，只有不断思考、实践、探索，才能找到适合自己的学习方法。

八、小结本节内容

通过这节课的学习，我们从伽利略对落体的研究上，学习他的观察思考等科学方法，为我们下一步(以后)的探究打下基础，不能盲目，也不能惧怕困难，要用科学的方法指导我们．

九、布置作业

   1、请仔细回顾伽利略研究落体运动的全过程，把他的每一个步骤列出来，并说明哪一步骤是提出问题，哪一步骤是数学推理，哪一步骤是实验验证等等．再讨论一下，在一般物理问题的研究过程中，是否都需要经历这些步骤?

   2、完成：教辅书上本节后面的练习。

板书 设 计

第6节 伽利略对自由落体运动的研究

     一、关于物体下落快慢的绵延两千年的错误观点：

    亚里士多德：重的物体下落得快

    二、逻辑的力量    

      伽利略：轻、重物体下落得一样快

     三、猜想与假说 

     落体运动的物体速度均匀变化

  （1）v∝x

   （2）v∝t

   四、逻辑推理

     若v₀=0，且v∝t，则 x∝t²

五、实验验证

小球沿斜面滚下的运动是匀加速直线运动，加速度只与斜面倾角有关，与小球质量、开始滚下时的高度都无关而且倾角越大加速度越大

六、合理外推

自由落体运动是初速为0的匀加速直线运动

七、伽利略的科学方法

“对现象的一般观察”  →  “提出假设”  →“运用逻辑（包括数学）得出推论”  →“通过实验对推论进行验证”  →“对假说进行修正和推广”